微机原理与接口技术课件第一章(尚凤军著)

1、,微机原理与接口技术,主讲教师: 王 练 E-mail : wanglian,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,微机原理与接口技术教材 尚凤军等，微型计算机原理,机械工业出版社，2008,参考资料 仇玉章，32位微型计算机原理与接口技术，清华大学出版社，2002.7 陈昌志等,微型计算机原理,重庆出版集团,2006.8 姚燕南, 微型计算机原理, 西安电子科技大学出版社,2001.7 沈美明、温冬婵，80 x86汇编语言程序设计，清华大学出版社，2002.3 王永山、杨宏五、杨婵娟，微型计算机原理与应用（以IBM PC系列机为例)，西安电子科技大学出版社，1993.3,重庆邮电学院计算机

2、科学与技术学院 王练,课程简介 微机原理与接口技术是工科计算机及相关专业的一门重要的专业技术基础课程。 课程目的是帮助学生全面了解微型计算机的硬件组成及特点；学会运用汇编语言进行程序设计和编程；建立起计算机体系结构的基本框架；为后继的软、硬件课程做好铺垫。,计算机、非计算机专业课程比较：,计算机专业 非计算机专业 汇编语言程序设计 微机接口技术 微机原理与接口技术 计算机组成原理,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,考核方式: 闭卷统考 最终成绩=期末卷面最终成绩+平时成绩 平时成绩(作业成绩,出勤情况, 课堂情况),第一章 微型计算机系统概述,1. 微型计算机基础,1.1微型计算机发展概

3、述 1、微型计算机硬件体系的发展 2、微型计算机软件的发展,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,世界上第一台计算机ENIAC,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,2.冯诺依曼结构计算机 1946年6月，美国科学家冯诺依曼提出了“存储程序”的计算机设计方案。现代计算机的硬件结构仍沿用了冯诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念。冯诺依曼结构计算机被誉为计算机发展史上的里程碑。,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,冯诺依曼机的特点： “存储程序”指将指令、数据以二进制形式存入计算机系统的存储器中。 “程序控制”是计算机在启动后，自动取出并执行存于存储器中的指令，完成预定的操作。 计算机

4、硬件系统由运算器、控制器、存储器、I/O接口和I/O设备、电源系统等组成。,图2.1 冯诺依曼结构计算机的组成,存储器(内存) : 用来存储指令和数据。 运算器(ALU: Arithmetic Logic Unit) : 进行算术运算和逻辑运算的部件,也是指令的执行部件。 控制器: 指挥中心, 负责对指令进行译码，产生控制信号，控制其他部件完成指令规定的操作。 输入设备: 通过接口电路将程序和数据输入内存。如, 键盘、 扫描仪等。 输出设备: CPU通过输出接口电路，将结果及程序、数据送到输出设备上。 如, 显示器、打印机等。,计算机的软/硬件发展史,起迄年份,代别,主要逻辑元件,软 件,晶体

5、管,集成电路,功能较强的操作系统、 会话式语言,大规模或超大规模集成电路,软件工程的研究与应用、数据库、语言编译系统和网络软件,1946-1957,1958-1964,1965-1970,1970至今,一,二,三,四,电子管,机器语言、汇编语言,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,1.2 计算机中的数制与码制 121 数制 常用计数制,(1)十进制数 (D: Decimal) 特点: 每位有09这10种数码, 基数为10, 高位权是低 位权的10倍. 加减运算的法则“逢十进一, 借一当十”. (2) 二进制数(B: Binary) 特点: 每位只有0和1两种数码, 基数为2,高位权是低 位

6、权的2倍. 二进制加减运算的法则“逢二进一, 借一当二”.,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,(3) 八进制(Q:Octal) 特点:每位有07这8种数码, 基数为8, 高位权是低位权的8倍. 加减运算的法则“逢八进一, 借一当八”. 八进制是二进制的另一种书写形式, 3位二进制一组可用等价的一位八进制数表示. (4) 十六进制(H:Hexadecimal) 特点: 每位有09和 AF这16种数码,基数为16, 高位权是低位权的16倍. 加减运算的法则“逢十六进一, 借一当十六”. 十六进制是二进制的另一种书写形式, 4位二进制一组用等价的一位十六进制数表示.,重庆邮电学院计算机科学与技

7、术学院 王练,常用计数制表:,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,(5) 二-十进制数 (BCD: Binary Coded Decimal) 特点: BCD码是计算机中十进制数的表示方法,二-十进制码用4位二进制码表示1位十进制数.最常用的是8421编码，其方法是用4位二进制数表示1位十进制数,自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。 压缩BCD码 每一位十进制数用4位二进制数来表示，即一个字节表示2位十进制数。 例:压缩BCD码(10001001)BCD，表示十进制数89。 非压缩BCD码 每一位十进制数用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数。且只用每个字节的低4位来表示0

8、9，高4位为0。 例如：十进制数89，用非压缩BCD码表示为： (00001000 00001001)BCD,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,例: 区分BCD码和二进制数,2.计数制的书写规则 （1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。 例: 1001B,3456Q,10FAH,3578D （2）在括号外面加数字下标。 例：（1001）2 ,（1001）8 ,(2DF2)16 （3）无任何标注默认为十进制数,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,122 数值转换 (1)任意进制转换为十进制 方法:按权展开把每个数位上的代码和该数位的权值相乘,再累加和即可得到等值的十进制数. Ndn

9、1bn1+d1b1d0b0 d-1b-1dmbm n: 整数的总位数 m: 小数的总位数 d下标: 表示该位的数码 b: 表示进位制的基数 b上标: 表示该位的位权 例:,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,(2)十进制数转换为二进制数 根据该十进制数的类型决定转换方法. 十进制整数转换为二进制数 方法:“除二倒取余”,即十进制整数被2除,取其余数,商再被2除,取其余数直到商为0时结束运算,然后把每次的余数按倒序规则排列就得到等值的二进制数.,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例1】将十进制整数（105）10转换为二进制数，采用 “除2倒取余”的方法，过程如下： 解: 所以,（10

10、5）10（1101001）2,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,十进制纯小数转换为二进制数 方法: “乘2取整”, 即把十进制纯小数乘以2, 取其整数(该整数部分不再参加后继运算), 乘积的小数部分再乘以2,取整, 直到乘积的小数部分为0. 然后把每次乘积的整数部分按正序规则排序, 即为等值的二进制数. 【例2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：,所以,（0.8125）10（0.1101）2,注意:如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度的要求截取一定的位数取近似值。,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,十进制带小数转换

11、为二进制数 方法:整数部分“除2倒取余”, 小数部分“乘2取整”, 然后再进行组合. 【例3】 (3)二进制数转换为十六进制数 方法:从小数点开始分别向左或向右，将每4位二进制数分成1组，不足4位的补0，然后将每组用一位十六进制数表示即可。 【例4】,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,(4)十六进制数转换为二进制数 方法: 将每一位十六进制数可用4位等值二进制数表示。 【例5】 即101111110.01011B （5）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数 方法: 采用基数8或基数16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列所得到的余数。 先将十进制整数转换为二进制,

12、 再将该二进制数转换为八进制或十六进制.,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,（6）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数 方法: 连续用基数8或基数16去乘以该十进制小数,直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例6】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数，采用“除16倒取余”的方法，过程如下： 16 2347 余数 16 146 11（十六进制数为B） 16 9 2 0 9 所以，（2347）10（92B）16,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,字符的编码 ASCII码（American Standard

13、 Code for Information Interchange, 美国信息交换标准代码)，用7位二进制数作为字符的编码, . 最高为 位作为奇偶校验位. ASCII码包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等共128种字符,可分为: 34控制字符 10阿拉伯数字 52英文大小写字母 32专用符号,标准ASCII码字符表,注: H为高3位(D7D5), L为低4位(D4D1). NUL:空 DLE:数据键换码 SOH：标题开始 DC1:设备控制1 STX:正文开始 DC2：设备控制2 ETX:正文结束 DC3:设备控制3 EOT:传输结束 DC4:设备控制4 ENG:询问 NAK:否定

14、 ACK:认可 SYN:同步字符 BEL:报警 ETB:信息组传送结束 BS:退一格 CAN:作废 HT:横向制表 EM:纸尽 LF:换行 SUB:减 VT:纵向制表 ESC:换码 FF:走纸控制 FS:文字分隔符 CR:回车 GS:组分隔符 SO:移位输出 RS:记录分隔符 SI:移位输入 US:单元分隔符 SP:空格 DEL:删除,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,1.2.3 码制 1.基本概念 真值数: 用“+/-”表示数正负的数, 如 X= -1011101B. 机器数:符号数值化,用符号位上的0、1来表示数的正、负, 如Y=11011101B. 2.计算机中使用的两种数: 无符

15、号数:为正整数, 无符号位. 若机器字长为n,其数值范围为0 2n . 有符号数:有4种表示方法原码X原, 反码X反 ,补码X补 和移码X移.,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,1)原码、反码和补码 原码: 最高位为符号位(0为正,1为负), 其余各位表数值本身. 【例7】机器字长n=8,X=+1011011B,Y=-1011100B, 求X原和Y原. 解: =01011011B, =11011100B 【例8】机器字长n=8, X=+0000000B, Y=-0000000B, 求 和 . 解: =00000000B, =10000000B,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例

16、9】机器字长n=8 ,真值X1011011B ,Y1011011B分别求其原码、反码及补码. 解:根据定义得: X为正时 X原码 X反码 X补码01011011B Y为负时 Y原码11011011B Y反码10100100B Y补码10100101B,2)机器数的移码 移码的表示方法有所不同,其符号位为0表示负,为1表示正;无论正数、负数还是零,均可在补码表示的基础上通过将符号位取反来获得. 原码 反码 补码 移码 8101010001 01010001 01010001 11010001 8111010001 10101110 10101111 00101111 000000000 0000

17、0000 00000000 10000000 010000000 11111111 无 无,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,总结 机器数比真值数多一个符号位. 正数的原码、反码、补码的数值部分与真值数相同. 负数原码的数值部分与真值数相同;负数反码的数值部分为真值数按位取反;负数补码的数值部分为真值数按位取反末位加1. 负零的补码和正零的补码相同 计算机系统中负数一律用补码表示 机器字长为n位的原码数, 其真值范围是 机器字长为n位的反码数, 其真值范围是 机器字长为n位的补码数, 其真值范围是 ,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例】 8位二进制原码表示的整数范围是12712

18、7 8位二进制补码表示的整数范围是128127 16位二进制原码表示的整数范围是3276732767 16位二进制补码表示的整数范围是3276832767 当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数，此时称为溢出。,关于0的问题,0补10000000B 0补= + 0补 =00000000B 128补=10000000B,关于0的问题,例： 64 1100 0000 + 64 + 1100 0000 128 11000 0000=128补 符号位进位丢掉 128 1000 0000 + + 127 + 0111 1111 1 1111 1111=1补,关于 0的问题,若误认为0补=1000 0

19、000B运算会出错 0 1000 0000 + + 1 0000 0001 + 1 1000 0001=127补+1 可将0补=0反+1=1111 1111+1=00000000,进位和溢出,进位:最高位向更高位的进位。 被运算器“丢弃”，保存在“进位标志触发器”中（C标志）。 有符号数，不能统计在运算结果中。 无符号数，进位值是结果的一部分。 溢出:结果超出了寄存器所能表示的范围，溢出触发器置1（O标志）,微型计算机中常用的溢出判别法是双高位判别法。 CS：表示最高位（符号位）的进位情况，如有进位，CS1， 否则，CS0 CP：表示数值部分最高位的进位情况，如有进位，CP1， 否则，CP0

20、当溢出CS和CP 的状态不同时(为01或10两种状态),产生溢出. 当CS和CP 的状态相同时(为00或11两种状态),则不产生溢出.,有符号数溢出判断双高位判别法,有符号数溢出判断双高位判别法,当Cs=0，Cp=1时，溢出为“正溢出” 当 Cs=1，Cp=0时，溢出为“负溢出” 当Cs=0，Cp=0时，无溢出， 当Cs=1，Cp=1时，无溢出,设微型计算机的字长为8，例： 01011010B (90）补 10010010B(-110) 补 01101011B (+107) 补 + 10100100B(-92) 补 11000101B（59）补 100110110B（54）补 CS0，CP1，

21、正溢出，结果出错 CS1，CP0，负溢出，结果出错 00101101B（45）补 11111110B（2）补 00101101B（45）补 11111110B（2）补 01011010B（90）补 111111100B（4）补 CS0，CP0，无溢出，结果正确 CS1，CP1，无溢出，结果正确,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,3.整数补码的运算 1)模 模是计算器的最大容器。模运算中,超出部分被运算器自动“丢弃”。 2)整数补码的运算 规则: 若已知Y补，求-Y补或 -Y补= Y补补 补码减法运算可使符号位与数一起参加运算,二数相减变成减数变补与被减数相加,补码加减法的结果仍然是补码,

22、 若要得到结果的真值,必须求结果对应的原码.,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例】用补码运算求(64 10) 解：设 z = 64 10 = 64+（- 10） +64补=01000000B ，- 10原= 10001010B - 10补= 11110110B， 或 10补补=00001010变补=11110110B z补= 64-10补=+64补+ - 10补= 01000000 +11110110 = 00110110B *仍为补码数 结果为正数，所以 z = +54,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,【例】字长n=8,求补码运算66+99, -66-99. 解: 66补

23、=01000010B, 99补=01100011B -66补=10111110B, -99补=10011101B 66补+99补= -91 -66补+-99补=+99 错! 注: n=8的补码数真值范围 即-128127, 运算超出该范围所以结果不正确!,第一章 微型计算机系统概述,13 微型计算机系统组成 131 微型计算机系统的硬件,控制器,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,微型计算机的典型组成结构： 微处理器CPU 内存储器（ROM、RAM） 输入/输出接口电路 总线,图. 微型机的硬件结构,内部存贮器，按照读写方式的不同，分为ROM和RAM两种类型； 输入/输出接口电路是外围设备

24、与微型计算机之间的连接电路，在两者之间进行信息交换的过程中，起暂存、缓冲、类型变换及时序匹配的作用； 总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输的通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三种类型。,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,图. 微型机的硬件结构,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练, 微处理器(CPU)、微型计算机(主机)与微型计算机系统三者的关系：,明确3个概念的区别,区别3个概念,明确3个概念的区别,微处理器（Microprocessor） 一个大规模集成电路芯片 内含控制器、运算器和寄存器等 微机中的核心芯片 微型计算机（Microcomputer） 通常指微型计算机的硬件系统 还有一般的说法：微机、微型机 微型计算机系统（Microcomputer system） 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,132 微型计算机系统的软件 裸机 系统软件：是使用、管理计算机本身的软件。 软件 应用软件：是为解决某个实际问题而编制的程序。,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练, I/O驱动程序,重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练,操作系统:是系统软件的核心, 是系统程序的集合. 它的主要作用是对系统的硬软件资源进